1274采面供电设计说明书113.docx

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1274采面供电设计说明书113

1274采面供电设计说明书

一、采面配电点位置及电源

1274采面即将进入回采工作，根据采面的负荷的情况，向采面提供1140V、660V电压等级的电源。

从供电系统的安全性、合理性、可靠性、环境条件考虑，电源来自121石门配电点变电所5#高爆，配电点安设在1136运输巷，供电巷道最远直线长度1000米，实际电缆最远点长度2088米。

二、变压器的选择、校验

1、采面及其运输系统变压器的台数要尽量少，这样可以减少高压设备的数量及摆放位置。

采煤工作面动力变压器应选择隔爆型干式变压器或移动变电站。

变压器一次侧额定电压应等于电源电压，二次侧额定电压等于1.05倍的用户额定电压。

为了供电的经济性，应尽量选用低损耗变压器，即阻抗压降百分数较小的变压器。

2、电力负荷

采面安装设备约12台（件），其中工作设备约11台；设备总装机容量：

1885KW；其中工作容量1710KW；采面计算有功负荷：

1173.5KW，无功负荷：

844.53Kvar视在负荷：

1675kVA。

采面选择三台变压器供电，两台KBSG-1000KVA（1140V）变压器向采煤机、采面刮板机和乳化泵供电，一台KBSG-630KVA（660V）变压器向备用喷雾泵、采面下运巷运输系统的顺槽溜子采面下巷第一部、第二部皮带机用原供电系统供电。

电力负荷统计见表1-1

表1-1电力负荷统计表

序

号

负荷

名称

电压

（V）

额定

容量

（Kw）

设备台数

设备容量

需用系数

功率

因数

cosφ

tanφ

计算负荷

备注

全部

工作

全部

工

作

有功

无功

视在

KW

Kvar

kVA

台

台

KW

KW

1、

采面1140V

4

3

1400

1225

833

587.35

1190

1）

采煤机

1140

600

1

1

600

600

0.68

0.7

0.75

408

432.4

594.5

2）

乳化泵

1140

125

2

1

125

125

0.68

0.7

0.75

85

90.8

124.4

3）

刮板机

1140

500

1

1

500

500

0.68

0.7

0.75

340

238

485.7

2、

其他660V

8

8

485

485

340.5

257.18

485

喷雾泵

660

45

1

1

45

45

0.7

0.7

0.88

31.5

27.72

45

顺槽刮板机

660

2*55

1

1

110

110

0.7

0.7

0.88

77

67.76

110

皮带输送机

660

55

6

6

330

330

0.7

0.7

0.88

231

161.7

330

总计

12

11

1885

1710

1173.5

844.53

1675

根据公式:

A、单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需要系数

式中Ps—最大电动机功率，KW。

B、自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面，按下式计算需用系数

井下变电站的负荷，可按下表计算，其所取的各用电设备的需用系数及平均功率因数见表2-2。

表2-2需用系数及平均功率因数

序号

井下负荷名称

需用系数Kr

平均功率因数cosφ

备注

1

综采工作面

0.7

2

一般机械化工作面

0.6～0.7

3

输送机

0.6～0.7

0.7

（1）向采煤机、乳化泵供电变压器：

选用1台KBSG-1000/10/0.114变压器供电，S=1000KVA＞950.3KVA,满足供电要求。

（2）向刮板机、乳化泵供电变压器

选用1台KBSG-1000/10/0.114变压器供电，S=1000KVA＞795.7KVA,满足供电要求。

（3）向顺槽溜子、下运皮带运输系统、喷雾泵供电的变压器：

选用1台KBSG-630/10/0.66变压器供电，S=630KVA＞485KVA,满足供电要求。

三、电缆的选择

（一）采区低压网络的有关规定

（1）采区低压供电电压一般用660V，单机容量较大的综采工作面采用1140V供电。

（2）固定敷设的动力电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚乙烯绝缘电缆或不然性橡胶电缆。

（3）移动式和手持式电气设备都应使用专用不然性橡胶电缆。

（4）1140V设备使用的电缆必须用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆；采掘工作面的660V，也必须使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆。

（5）固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应用铠装电缆、塑料电缆或橡胶电缆，非固定敷设的，应用橡胶电缆。

（6）低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。

（二）确定采区电缆的截面、芯数及长度

1、电缆截面的选择

（1）电缆的正常工作负荷电流应等于或小于电缆允许持续电流。

（2）对距采区变电所最远，容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等）起动时，应保证电动机在重载下起动，如采掘机械无实际最小起动力矩数据时，可按电动机起动时的端电压不低于额定电压的75%校验。

（3）正常运行时，电动机的端电压应不低于额定电压的7%～10%。

由于采区的用电设备一般属于间歇性负荷，允许在正常运行时的电压降可略低一些，一般电缆截面取决于起动情况。

（4）电缆末端的最小二相短路电流应大于馈电开关整定电流值的1.2倍。

2、电缆长度的确定

（1）铠装电缆所需要的实际长度L，应比敷设电缆巷道的实际长度增加5%。

（2）固定敷设的橡套软电缆的实际长度L，应比敷设电缆巷道的实际长度增加10%。

（3）移动设备用的橡套软电缆的实际长度L，除应按实际使用长度选取外，尚需增加一段机头部分的活动长度，约3～5米左右。

3、电缆芯线根数的选择

（1）动力用橡套软电缆一般选用四芯，对采掘机械来说要根据具体的控制、信号方式相应地增加控制芯线。

（2）信号电缆芯线的根数要按控制、信号、通信系统的需要决定，并应留有备用芯线。

（3）橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其它用途。

（三）、高压电缆的选型与计算：

（1）按持续允许电流选择截面

KIp≥IN

式中Ip—空气温度为25℃时，电缆允许载流量，A；

K—环境温度不同时载流量的修正系数；

IN—通过电缆的最大持续工作电流，A。

根据表1-1可统计出井下变电所的计算功率P=1173.5KW

式中UN—电网额定电压，V；

cosφ—平均功率因数，取0.7。

P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。

（2）按经济电流密度选择电缆截面

式中A—电缆截面，mm2;

IN—正常负荷时，井下总的持续工作电流，A；

n—不考虑下井电缆损坏时，同时工作电缆的根数；

J—经济电流密度（A/mm2），见下表；下井电缆年运行小时，一般取3000～5000h。

表7-4-3经济电流密度

序

号

年最大负荷利用小时

（h）

经济电流密度（A/mm2）

铜芯电缆

铝芯电缆

1

1000～3000

2.5

1.93

2

3000～5000

2.35

1.73

3

5000以上

2

1.54

按经济密度选择50mm2的电缆。

（3）按电缆短路时的热稳定选择电缆截面

按电缆短路时的热稳定选择电缆截面有以下两种方法：

热稳定系数法

这种方法比较简单，一般在绝缘电缆的热稳定计算都采用此法。

式中Amin—电缆短路时热稳定要求的最小截面，mm2；

IK（3）—三相最大稳态短路电流，A；查煤矿电工手册（5）表10-3-4

tf—短路电流作用的假想时间，s；

C—热稳定系数

说明：

查煤矿电工手册（5），井下中央变电所馈出开关为瞬间动作时，tf值取0.25秒；地面变电所向井下馈出开关的继电保护为0.5秒时，tf值取0.65秒。

表3-3电缆的热稳定系数

导体种类

铜

铝

电缆种类

电缆线路有中间接头的

10KV以下油纸绝缘电缆

电缆线路有中间接头的

10KV以下油纸绝缘电缆

额定电压

（KV）

短路允许最高温度（℃）

120

250

120

200

3～10

93.4

159

60.4

90

（1）、无中间接头的电缆

（2）有中间接头的电缆

50mm2电缆满足要求.

（4）按电压损失校验电缆截面

①计算法：

式中△U%—电压损失百分数；

In—电缆中的负荷电流，A；

UN—额定电压，KV；

R0、XO—电缆线路单位长度的电阻及电抗，Ω/km；

L—电缆线路长度，km；

cosφ、sinφ、tgφ—功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。

高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》的规定，在正常情况下不得超过7%，故障状态下不得超过10%。

②查表法

根据计算法公式，将电缆输送的有功功率单位改成兆瓦，则电压损失白分数可写成

=KPL

式中K—每兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失的百分数，10KV时，K=1×（R0+X0tanφ）。

在不同功率因数及不同电缆截面时的数值，可查《煤矿电工手册》（5）表10-3-7，K取值为0.48。

L电缆长度为600米。

P—电缆输送的有功功率，MW。

=KPL

=0.48×0.117×0.6

=0.0337

△U1为小关35KV变电所到121石门配电点变电所的压降，△U1=5.3%。

△U%=△U1%+U%=5.3%+0.0337%=5.3337%＜7%满足要求。

查《煤矿电工手册》（5）表12-2-6得YJV22-8.7-3*50型电缆载流量为155A，根据公式KIp≥Ia，温度校正系数1.14。

所以1.14×155=176.7＞97.64A，满足要求。

根据上式计算，选择YJV22-8.7-3*50型高压电缆满足供电负荷需要。

（四）、低压电缆的选型与计算

干线电缆载流量校验:

（1）采面采煤机、乳化泵供电干线电缆校验

根据公式得：

KIp≥Ia

按要求Kr=0.68

P=Kr∑PN=0.68×725=493KW

式中UN—电网额定电压，V；

cosφ—平均功率因数，取0.7。

P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。

Kr—需用系数；

∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。

经查95mm2电缆允许载流量为250A，不能满足要求，需将双根95mm2电缆并联使用，即2*250=500A＞356.7A，满足要求，校验合格。

（2）采面刮板输送机、乳化泵供电干线电缆校验

根据公式得：

KIp≥Ia

按要求Kr=0.68

P=Kr∑PN=0.68×625=425KW

式中UN—电网额定电压，V；

cosφ—平均功率因数，取0.7。

P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。

Kr—需用系数；

∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。

经查95mm2电缆允许载流量为250A，不能满足要求，需将双根95mm2电缆并联使用，即2*250=500A＞307.5A，满足要求，校验合格。

（2）采面下巷顺槽、皮带输送机、喷雾泵、供电干线电缆校验：

根据公式得：

KIp≥Ia

Kr=0.7

P=Kr∑PN=0.7×485KW=339.5KW

式中UN—电网额定电压，V；

cosφ—平均功率因数，取0.7。

P—干线电缆所供负荷的计算功率，KW。

Kr—需用系数；

∑PN—干线电缆所供的电动机额定功率之和，KW。

经查95mm2电缆允许载流量为250A，即250A＜424.3A，不能满足要求；需用2根95mm2电缆进行供电，即2×250A=500A＞424.3A,满足要求，校验合格。

负荷电缆载流量校验：

（1）采煤机负荷电缆

选择一趟95mm2允许载流量为250A，故2*250A＞295.3A，满足要求，校验合格。

（2）采面刮板输送机负荷电缆

两台电机分别选择一趟50mm2电缆。

其允许载流量为170A，故170A＞123A，满足要求，校验合格。

（3）乳化泵负荷电缆

经查35mm2电缆允许载流量为135A，故135A＞61.5A，满足要求，校验合格。

两台乳化泵分别选择一趟35mm2电缆

（4）顺槽刮板输送机负荷电缆

经查16mm2电缆允许载流量为84A，故电缆84A＞48.1A，但因灵敏度校验不能满足要求，则选择25mm2电缆，满足要求，校验合格。

（5）皮带输送机负荷电缆

经查16mm2电缆允许载流量为84A，故电缆84A＞48.1A，但因灵敏度校验不能满足要求，则选择25mm2电缆，满足要求，校验合格。

电压损失校验：

计算电压损失系统，如下图所示，图中的电压损失由三部分组成。

∑△U=△UT+△U1+△U2

式中△UT—变压器中的电压损失，V；

△U1—干线电缆中的电压损失，V；

△U2—支线电缆中的电压损失，V；

式中L2—支线电缆的实际长度，km；

IN—电动机的额定电流，A；

PN—电动机的额定功率，KW；

UN—电网的额定电压，KV；

R0、X0—支线电缆单位长度的电阻和电抗，Ω/km；

Cosφ、sinφ、tgφ—电动机的额定功率因数及相应的正弦正切值。

干线电缆中的电压损失△U1的计算方法与计算△U2相同，只是通过干线电缆的功率P及Cosφ不同。

负荷集中干线电缆线路电压损失△Ums

根据实际情况选最长的支线电缆（200米）进行计算，选用采面上出口刮板机电机供电支线电缆进行验算。

△Ums=

UN---干线电缆线路所在电网的额定电压V“

Lms、Ams—干线电缆的长度、m，主芯线截面积，mm2

Υsc—干线电缆的导电率m/Ω.mm2

Pca—干线电缆所带负荷的计算功率值，KW

支线电缆电压损失△Ubl：

△Ubl=

UN---支线电缆线路所在电网的额定电压V“

Lms、Ams—支线电缆的长度、m，截面积，mm2

Υsc—支线电缆的导电率m/Ω.mm2

Pca—支线电缆所带负荷的计算功率值，KW

3）按允许电压损失选择干线电缆截面

干线的实际电压损失应不大于干线的允许电压损失：

即

△Ums≤△Upms

按允许电压损失选择干线电缆截面时，应先计算出干线电缆的允许电压损失，及

△Upms=△Up-△UT-△Ubl

△Upms=117V-10.6=106.4

△Upms-干线电缆的允许电压损失，V；

△UT、△bl—分别是变压器和支线电缆的电压损失，V。

根据干线电缆的允许电压损失，得出其满足电压损失的最小截面为：

Ams.min=

mm2

式中：

ms.min-干线电缆满足允许电压损失的最小截面，mm2

Lms-干线电缆长度

选择标准截面不小于计算截面的电缆，即满足电压损失要求

按启动气压损失效验电缆截面

满座电动机最小启动转矩所需要的最小启动电压Ust.min,可根据电动机额转矩正比于其它电压的平方求出：

Ust.min=UN

V

式中：

UN—电动机的额额定电压，V；

K---电动机的最小启动转矩倍数；

a—电动机额定电压时的启动转矩MstN与电机额定电压转矩MN之比，矿用隔爆型电机一般取-2.5.

计算启动时的电压损失：

1、启动时支线电压损失按启动时电压损失最大的一条支线计算，即

△Ubl.st=

式中:

Lbl、Abl、γsc-支线电缆的长度、m，截面积mm2;导电率，导电率m/Ω.mm2

COSφst-支线所带电动机启动时的功率因数；

Ist—支线所带电动机的实际启动电流,A；由下式得：

Its=IstN

式中——IstN、UN——支线电动机的额定启动电流、A，额定电压V;

UstT——支线电动机启动时的端电压，可取近似电动机启动时所需最小电压。

启动时的干线电缆的电压损失按干线所带电动机中最大的一台值，其它正常工作条件计算，即

Ums.st=

式中：

Lms、Ams、γsc——干线电缆的长度、m；截面积、mm2，导电率m/Ω.mm2

COSφst-支线所带电动机启动时的功率因数

Ist—支线所带电动机的实际启动电流,A

Kde.re——除启动电机外，干线中其它用电设备的需用系数。

——除启动电机外，干线中其它用电设备额定功率之和，KW；

UN——用电设备的额定电压V；

启动时整个低压电网的电压损失为：

△Ust=△UT.st+△Ums.st+△bl.st

△按启动条件效验电缆截面

△电机启动时，其端电压不小于电动机的最小启动电压。

即

△Ust≥Ust.min

△Ust=U2N.T-△Ust≥Usy.min

电动机或启动时电磁启动器的电压应不小于启动器的最小吸合电压（为线路额定电压的0.7倍。

即U2NT-△UT.st-△ms.st≥0.7UN

四、电气设备的选择

根据煤矿安全规程规定，结合工作面的工作环境和负荷情况，选用BPG9L-10G型真空高压隔爆配电装置作高压配电开关，选用KBZ型隔爆开关作低压馈电开关，选用QJZ型隔爆磁力起动器作低压控制开关.

煤矿井下巷道中的空气潮湿，相对湿度高达95%以上，在此条件下运行的电气设备，虽然对其绝缘有一些特殊要求，但漏电故障仍时有发生。

特别是采区的低压电缆，还时常被脱落的岩石或煤块砸坏，更会造成漏电事故。

漏电的结果，不仅会使电气设备进一步损坏，形成短路事故，而且还可能导致人身触电和瓦斯煤尘爆炸危险。

因此，对于矿井电网（特别是采区低压电网），必须装设作用于开关跳闸的漏电保护装置。

本矿选用的井下供配电KBZ-630型总馈开关带有跳闸的漏电保护装置，要求工作人员每班进行一次远方漏电试验跳闸，并进行记录试跳情况。

矿井使用电气设备选择严格按照煤矿规程的有关规定，根据所带实际负荷来确定开关的容量及型号。

选型结果见供电系统图。

五、保护装置的整定计算

为了正确选择和校验电气设备，使之能满足短路电流的动、热稳定性要求。

对于低压开关设备等，主要用于校验其分断能力。

正确整定计算短路保护装置，使之在短路故障发生时，能准确可靠的动作，及时排除故障，确保供电安全。

1）、短路电流的计算方法

选择短路保护装置的整定电流时，需计算两相短路电流值，可按公式计算：

（1）

式中

—两相短路电流，A；

∑R、∑X—短路回路内一相电阻、电抗值的总和，Ω；

XX—根据三相短路容量计算的电抗值；

R1、X1—高压电缆的电阻、电抗值；

Kb—矿用变压器的变压比；

Rb、Xb—矿用变压器的电阻、电抗值；

R2、X2—低压电缆的电阻、电抗值；

Ue—变压器二次侧的额定电压；

利用公式

（1）计算两相短路电流时，不考虑短路电流周期分量的衰减，短路回路的接触电阻和电弧电阻忽略不计。

若需计算三相短路电流值，可按公式

（2）计算：

式中

—三相短路电流，A；

两相短路电流还可以利用计算图（表）查出，此时可根据变压器的容量、短路点至变压器的电缆换算长度及系统电抗、高压电缆的折算长度。

2）、短路保护装置

、馈出线的电源端均需加装短路保护装置，低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。

、当干线上的开关不能同时保护分支线路时，则应在靠近分支点处另行加装短路保护装置。

、各类短路保护装置均应进行计算、整定、校验，保证灵敏可靠，不准甩保护，禁止使用不合格的短路保护装置。

3）、电缆线路的短路保护

（1）电磁式过电流继电器的整定

1200V及以下馈电开关过电流继电器的电流整定值，按下列规定选择。

、对保护电缆干线的装置按下列公式选择：

IZ≥IQe+KX∑Ie

式中IZ—过电流装置的电流整定值，A；

IQe—容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，IQe则为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和，A；

∑Ie—其余电动机的额定电流之和，A；

KX—需用系数，取0.5～1。

2、对保护电缆支线的装置按下公式选择：

IZ≥IQe

式中IZ、IQe的含义同上公式。

选择出来的整定值，还应用两相短路电流值进行校验，应符合下列公式的要求：

式中

—被保护电缆干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值，A；

IZ—过电流保护装置的电流整定值，A；

1.5—保护装置的可靠动作系数。

若线路上串联两台及以上开关时（其间无分支线路），则上一级开关的整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验，校验的灵敏度应满足1.2～1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。

（2）电子保护器的电流整定

馈电开关中电子保护器的短路保护整定原则，按有关要求进行整定，其整定范围为（3～10）Ie；其过载长延时保护电流整定值按实际负载电流值整定，其整定范围为（0.4～1）Ie。

Ie为馈电开关额定电流。

电磁起动器中电子保护器的过电流整定值，按下公式选择：

IZ≤Ie

式中IZ—电子保护器的过电流整定值，取电动机额定电流近似值，A；

Ie—电动机的额定电流，A。

当运行中电流超过IZ值时，即视为过载，电子保护器延时动作，当运行中电流达到IZ值的8倍及以上时，即视为短路，电子保护瞬时动作。

本设计中的供电系统整定计算如下:

1#总馈：

所带负荷∑PN=979KW；

过载整定电流IZ=∑PN×0.65=636.65A，取IZ=630A；

短路整定电流Id=400KW×0.65×5=1300A，取2IZ=1260;

查《整定细则》得Id

（2）=1680A；

灵敏度

2#馈：

所带负荷∑PN=372KW；

过载整定电流IZ=∑PN×1.15=427.5A，取IZ=400A；

短路整定电流Id=125KW×1.15×5=718.75A，取Id=2IZ=2*400A;

查《整定细则》得Id

（2）=1541A；

灵敏度

2-1分馈：

所带负荷∑PN=372KW；

过载整定电流IZ=∑PN×1.15=427.5A，取IZ=400A；

短路整定电流Id=125KW×1.15×5=718.5A，取Id=2IZ=800A;

查《整定细则》得Id

（2）=1970A；

灵敏度

附：

1274采面供电设计图

1274采面

供电设计方案

机电矿长：

机电副总：

机电科长：

供电科长：

编制人：

编制日期：

2009年12月10日

提审单位：

机电科